Documento 395002

EJERCITO NACIONAL
LICEOS DEL EJÉRCITO
SESION 4
LABORATORIO DE BIOLOGIA
GRADO DECIMO
LEYES DE LA TERMODINAMICA
LOGRO
Alcanzar la comprensión de las leyes de la termodinámica, mediante el desarrollo, la construcción y la
prueba de un experimento simple realizable con elementos cotidianos, que permita estudiarlo y
entenderlo.
FUNDAMENTO TEÓRICO
La termodinámica es el estudio del comportamiento de la energía calorífica y las formas en que la
energía se transforma en calor.
Específicamente, la termodinámica se ocupa de las propiedades macroscópicas de la materia,
especialmente las que son afectadas por el calor y la temperatura, así como de la transformación de
unas formas de energía en otras.
Aproximadamente, calor significa "energía en tránsito" y dinámica se refiere al "movimiento", por lo que,
en esencia, la termodinámica estudia la circulación de la energía y cómo la energía infunde
movimiento.
Las Leyes Termodinámicas pueden expresarse de la siguiente manera:
Ley Cero de la Termodinámica
A esta ley se le llama de "equilibrio térmico". El equilibrio térmico debe entenderse como el estado en el
cual los sistemas equilibrados tienen la misma temperatura.
Esta ley dice "Si dos sistemas A y B están a la misma temperatura, y B está a la misma temperatura
que un tercer sistema C, entonces A y C están a la misma temperatura". Este concepto fundamental,
aun siendo ampliamente aceptado, no fue formulado hasta después de haberse enunciado las otras
tres leyes. De ahí que recibe la posición cero.
Primera Ley de la Termodinámica
Esta primera ley, y la más importante de todas, también conocida como principio de conservación de la
energía, dice: "La energía no puede ser creada ni destruida, sólo puede transformarse de un tipo de
energía en otro".
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GRADO DECIMO
LEYES DE LA TERMODINAMICA
La primera ley de la termodinámica da una definición precisa del calor, y lo identifica como una forma
de energía. Puede convertirse en trabajo mecánico y almacenarse, pero no es una sustancia material.
Segunda Ley de la Termodinámica
La segunda ley dice que "solamente se puede realizar un trabajo mediante el paso del calor de un
cuerpo con mayor temperatura a uno que tiene menor temperatura". Al respecto, siempre se observa
que el calor pasa espontáneamente de los cuerpos calientes a los fríos hasta quedar a la misma
temperatura.
La segunda ley de la termodinámica da, además, una definición precisa de una propiedad llamada
entropía.
Esta segunda ley afirma que "la entropía”, ósea, el desorden, de un sistema aislado nunca puede
decrecer. Por tanto, cuando un sistema aislado alcanza una configuración de máxima entropía, ya no
puede experimentar cambios: ha alcanzado el equilibrio".
Como la entropía nunca puede disminuir, la naturaleza parece pues "preferir"’ el desorden y el caos.
Puede demostrarse que el segundo principio implica que, si no se realiza trabajo, es imposible transferir
calor desde una región de temperatura más baja a una región de temperatura más alta.
Tercera Ley de la Termodinámica
El tercer principio de la termodinámica afirma que "el cero absoluto no puede alcanzarse por ningún
procedimiento que conste de un número finito de pasos. Es posible acercarse indefinidamente al cero
absoluto, pero nunca se puede llegar a él".
Es importante recordar que los principios o leyes de la Termodinámica son sólo generalizaciones
estadísticas, válidas siempre para los sistemas macroscópicos, pero inaplicables a nivel cuántico.
Asimismo, cabe destacar que el primer principio, el de conservación de la energía, es una de las más
sólidas y universales de las leyes de la naturaleza descubiertas hasta ahora por la ciencia.
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GRADO DECIMO
LEYES DE LA TERMODINAMICA
MATERIALES Y REACTIVOS

Vaso de precipitado

Termómetro que alcance una temperatura mayor a los 100ºC

Agua fría (7ºC-10ºC), agua tibia (28ºC-30ºC) y agua caliente (100ºC).

Colorante liquido

Cubeta de hielo

Reloj o cronómetro.
PROCEDIMIENTO
1. Antes de comenzar el experimento, se deben preparar los cubos de hielo con el colorante o la tinta.
Hay que dejarlos en el congelador alrededor de tres horas para que queden sólidos en el centro (el
colorante se puede llegar a concentrar en el centro, pero esto no afecta al experimento).
2. Se prepara el vaso de precipitado con agua fría a 10ºC para la primera parte del experimento,
introducir uno de los hielos que contienen colorante. Tomar el tiempo con el cronómetro desde el
momento que se deposito el hielo hasta que se derrita completamente, determinar la temperatura
final del agua.
3. Colocar agua tibia (28°C) en un vaso de precipitado, introducir uno de los hielos que contienen
colorante. Tomar el tiempo con el cronómetro desde el momento que se deposito el hielo hasta que
se derrita completamente, determinar la temperatura final del agua.
4. Colocar agua a 100ºC en un vaso de precipitado, introducir uno de los hielos que contienen
colorante. Tomar el tiempo con el cronómetro desde el momento que se deposito el hielo hasta que
se derrita completamente, determinar la temperatura final del agua.
ANÁLISIS DE RESULTADOS
1. Realizar el gráfico de lo ocurrido en cada uno de los vasos de precipitado explicando que sucedió
con el colorante desde el inicio de la experiencia hasta el final.
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2. Completar la siguiente tabla
EXPERIMENTO
TEMPERATURA INICIAL
TEMPERATURA FINAL
TIEMPO QUE TARDA EN
DERRETIRSE EL HIELO
1
2
3
3. Como pueden relacionarse las leyes de la termodinámica en cada uno de los tres casos? Explique
detalladamente cada uno
4. Que es la entropía?
5. Como puede relacionarse el concepto de entropía con lo sucedido con el colorante en cada uno de
los tres casos?
6. Como se pueden relacionar las leyes de la termodinámica y la entropía con las máquinas térmicas?
7. Como se aplican las leyes de la termodinámica a la dinámica de los ecosistemas?